Développement durable et bâtiment

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1 Développement durable et bâtiment
Colloque Génie Civil - Béthune 7 & 8 juillet 2008 Développement durable et bâtiment Pierre MERIEUX Agi2d 17, Place de la Paix VENISSIEUX  

2 Sommaire Rappels utiles Les matériaux dans tous leurs états
L’air, une composante vitale L’énergie au centre de tous les développements Pistes de réflexion 08v1 GC 2008

3 Rappels utiles

4 La « pression » environnementale s’accroît avec la demande
GC 2008

5 Les objectifs environnementaux
Préserver les ressources non renouvelables (matières premières, énergie, eau) et la biodiversité. Réduire la pollution des milieux (air, eau, sol) et les nuisances (bruit, odeur). Limiter les déchets ultimes (valorisation matière et/ou énergie). Améliorer le confort (hygrothermique, acoustique, visuel, olfactif). Renforcer les conditions sanitaires. 08v1 GC 2008

6 Le bâtiment, 1er prédateur
Projet de loi « Grenelle I » (article 3) « Le bâtiment est donc placé au cœur de la lutte contre le changement climatique ». 08v1 GC 2008 Source : FFB

7 La méthodologie : ACV Identifier les impacts environnementaux
significatifs et maîtrisables 08v1 GC 2008

8 L’ACV du bâtiment 80 % Ressources Produits Réalisation Revalorisation
GC 2008 Stockage Déconstruction Exploitation

9 Les impacts : 14 cibles 08v1 GC 2008

10 L’outil pour atteindre les objectifs
Le Système de Management Environnemental (SME) 08v1 GC 2008

11 Les 2 composantes de la démarche d’amélioration de la QEB
La certification s’appuie sur la même logique. Dans ce cas, les exigences du référentiel et du SME sont fixées par l’organisme. 08v1 GC 2008

12 Le processus type des opérations n’est pas modifié
08v1 GC 2008

13 Les matériaux dans tous les états

14 La raréfaction des MP : exemple des métaux
08v1 GC 2008 Source : DGEMP

15 L’impact énergétique pour la production des matériaux
Contenu énergétique [kWh*t-1] Acier en profilés 11 600 Ronds à béton 9 300 Acier inoxydable 29 000 Béton 400 Béton armé 800 Ciment 1 800 Plâtre 700 Briques et tuiles 900 Bois Carreaux céramiques 5 200 Polystyrène expansé 23 200 Polyuréthane 18 000 Laine de verre 13 800 Aluminium 33 700 Cuivre 17 500 Zinc 14 000 Plastique 20 900 Verre 6 200 Energie grise Source : Enertech 08v1 GC 2008

16 La production annuelle de déchets
Collectivités Ménages Entreprises Sylviculture Agriculture Activités de soins BTP 14 1,6 % 28 3,3 % 90 11 % 374 44 % 0,2 343 40 % Voirie - Marchés - Boues Déchets verts Encombrants OM (sens strict) 22 Non dangereux Dan-gereux Elevages - Cultures Forêts TP 296,5Bât 47,9 Collectés avec OM 4,5 Collectes privées 79,2 6 849 [Mt] 08v1 GC 2008 Source ADEME 2006

17 Les nouvelles maladies : priorités sanitaires de l’OCDE
Source OCDE 2001 Pays de l’OCDE à haut revenu Maladies • Maladies cardio-pulmonaires • Cancer • Dépression Problèmes • Pollution de l’air • Produits chimiques • Bruit/habitabilité Secteurs concernés • Transport • Industrie/Agriculture • Bâtiment 08v1 GC 2008

18 L’Unité Fonctionnelle (UF)
« Performance quantifiée d’un système de produits destinée à être utilisée comme unité de référence dans une analyse du cycle de vie ». Elle peut être un [m2] en œuvre pour un matériau, une unité pour un équipement, un [m] linéaire pour une canalisation. Cette unité comprend l’ensemble des constituants du produit, y compris les emballages. Le fournisseur doit fournir la liste des produits complémentaires nécessaires à la mise en œuvre du produit. L’unité fonctionnelle prend en compte une durée, appelée Durée de Vie Typique (DVT). 08v1 GC 2008

19 Les caractéristiques environnementales (1)
Intrinsèques Energie consommée Eau utilisée Epuisement des ressources naturelles (équivalent antimoine) Déchets solides Changement climatique (émissions en équivalent CO2) Acidification atmosphérique (émissions en équivalent SO2) Pollution de l’air Pollution de l’eau Pollution des sols Destruction de la couche d’ozone Formation d’ozone photochimique Atteinte à la biodiversité 08v1 Source : Vinci GC 2008

20 Les caractéristiques environnementales (2)
Extrinsèques Contribution à la gestion Énergie Eau Déchets Entretien et maintenance Contribution au confort Hygrothermique Acoustique Visuel Olfactif Contribution à la santé Espaces Air Produits de liaison associés ne pas oublier les aspects Sécuritaires et la qualité d’usage 08v1 GC 2008

21 L’exemple d’une poutre en bois lamellé collé (1)
Impact environnemental Valeur - Unité Par UF Par m3 de produit 1 Consommation de ressources énergétiques 6,51*103 MJ 2,35*104 2 Consommation de ressources non énergétiques 89,11 kg 318,24 3 Consommation d’eau 1,68*103 l 5,98*103 4 Déchets solides valorisés 0,08 0,32 éliminés dangereux 0,26 0,94 non dangereux 30,12 107,58 inertes 110,20 393,58 radioactifs 0,02 0,06 5 Changement de climat 121,77 kg CO2 434,88 6 Acidification atmosphérique 2,24 kg SO2 7,99 7 Pollution de l’air 1,40*104 m3 4,99*104 8 Pollution de l’eau 26,79 95,66 9 Pollution des sols 7,1*10-3 0,03 10 Destruction de la couche d’ozone photochimique Sans objet 11 Formation d’ozone photochimique 1,1*10-1 kg éq éth 0,399 12 Atteinte à la biodiversité Sans objet (bois issu de forêts européennes) 08v1 GC 2008

22 L’exemple d’une poutre en bois lamellé collé (2)
Contribution à la maîtrise des risques sanitaires 13 Contribution à la qualité sanitaire des espaces intérieurs Emissions de formaldéhyde de 0,28 g/UF/an en régime stabilisé 14 Contribution à la qualité sanitaire de l’eau Sans objet Contribution au confort 15 Confort hygrothermique Le bois est un régulateur d’humidité et de température 16 Confort acoustique 17 Confort visuel Aspect décoratif apporté par la nature du matériau et qui peut être complété par une diversité de coloris en harmonie avec les autres parties du bâtiment 18 Confort olfactif 08v1 GC 2008

23 La comparaison entre deux systèmes : Bloc béton + Th 38/Monomur + BA13
08v1 GC 2008

24 La base de données INIES
08v1 GC 2008 Liste fiches : Base données :

25 Les « Eco-Labels » France Europe International NF-Environnement
Européen Cygne blanc Ange bleu International Environmental choice (Canada) Eco mark (Japon) Green Seal (USA) 08v1 GC 2008

26 Les autres marquages Forêts gérées durablement Traitement du bois
PEFC FSC EUROKOUME Traitement du bois Produit de traitement : CTB P+ Bois traité :CTB B+ Produits du second œuvre Moquettes : GUT Colles et mastics : EMICODE 08v1 GC 2008

27 L’air, une composante vitale

28 Tous les polluants sont compris dans le 1%
L’air : un besoin vital L’air est indispensable pour alimenter notre organisme en oxygène. Nous en consommons de 15 à 60 m3/jour. L’air est normalement composée de : 78 % d’azote, 21 % d’oxygène, 1 % d’autres gaz. Sans air, la vie ne peut pas exister… L’atmosphère qui entoure la terre est caractérisée par sa richesse en oxygène qui a permis le développement de la vie. La composition primitive de l’atmosphère comprenait principalement de la vapeur d’eau (80 à 90 %), du dioxyde de carbone (10 à 20 %) et quelques pourcents d’azote. L’oxygène est arrivée plus tardivement par photosynthèse et la teneur actuelle s’observerait depuis quelque 300 millions d’années. Composition détaillée de l’air atmosphérique (source mémochimie - De Boeck Université) : Ppm : partie par million en volume (0,000 1 %) Source iconographique : Dr. Jerry Franzen Notes personnelles 08v1 GC 2008 Tous les polluants sont compris dans le 1% Azote N2 78,084 % Oxygène O2 20,946 % Argon Ar 0,934 % Dioxyde de Carbone CO2 0,033 % Néon Ne 18,18 ppm Hélium He 5,24 ppm Krypton Kr 1,14 ppm Xénon Xe 0,087 ppm Hydrogène H2 0,5 ppm Méthane CH4 2 ppm Propane C3H8 Oxyde d’azote N2O Ozone O3 0,04 ppm Eau H2O 5300 ppm

29 Les pollutions de l’air extérieur
La composition réelle de l’air atmosphérique est modifiée par les activités humaines… Les transports, les industries et les activités domestiques émettent des polluants qui modifient la composition de l’air. Il existe également des sources naturelles de pollution (éruptions volcaniques, par exemple). Ces phénomènes sont amplifiés ou réduits par les conditions météorologiques qui favorisent la dispersion ou, au contraire, la concentration des polluants. Source iconographique : Fédération ATMO. Notes personnelles 08v1 GC 2008

30 Les pollutions de l’air intérieur
Le bâtiment est le siège de multiples pollutions : matériaux (construction et mobilier), combustion, tabac, humidité, animaux domestiques, parasites, produits chimiques pour l’entretien, le bricolage et l’hygiène, etc… Outre la pollution induite par l’air neuf, les activités au sein des bâtiments produisent de multiples polluants… La qualité de l’air intérieur est parfois plus détériorée à l’intérieur des bâtiments qu’à l’extérieur. Ce phénomène a été fortement amplifié par l’utilisation croissante de matériaux synthétiques (construction et mobilier) et de produits chimiques à usage domestique (aérosols divers, produits d’entretien, d’hygiène et de bricolage…). Les activités de cuisson et de lavage ainsi que la présence d’animaux domestiques accentuent la détérioration de la qualité de l’air intérieur. Source iconographique : Ademe. Notes personnelles 08v1 GC 2008

31 Les effets de la pollution
Hydrocarbures imbrûlés Irritations oculaires, toux, actions cancérigènes Monoxyde de carbone Anoxie, migraines, troubles cardiovasculaires, vertiges, troubles de la vision Oxydes d’azote Migraines, irritations, diminution des défenses immunitaires et altération des fonctions pulmonaires, inflammation des bronches Poussières Transportent les polluants dans les poumons, attaquent les muqueuses nasales, effets cancérigènes Des symptômes reconnus mais des effets mal connus… Les symptômes les plus fréquents correspondent à des inflammations de muqueuses et à des troubles respiratoires. L’étendue des nuisances que la pollution peut faire subir à l’organisme est difficile à établir avec précision. En effet, les concentrations ne suffisent pas à définir les dangers potentiels ; il peut exister des conséquences à long terme aux conséquences pathologiques différées (exemple l’amiante). Notes personnelles Plomb Intoxication, anémie, troubles de la croissance, insuffisance rénale Sulfures Inflammations pulmonaires, œdeme, asthme 08v1 GC 2008 Ozone + pollution photo-oxydante Migraines, irritations oculaires, toux, altération des fonctions pulmonaires

32 La difficile équation + de ventilation : Qualité sanitaire de l’air
Confort olfactif Pérennité du bâti - de ventilation : Maîtrise de l’énergie Confort hygrothermique Confort acoustique Un équilibre difficile à atteindre… Le respect de la qualité de l’air intérieur nécessite une ventilation efficace pour diluer et évacuer les polluants, l’humidité et les odeurs désagréables. Cet objectif se heurte avec les contraintes de la maîtrise de l’énergie et du maintien des conditions de confort hygrothermique, sans compter les aspects acoustiques. L’équilibre entre objectifs et contraintes est un jeu délicat qui, de plus, est souvent détérioré par le comportement des occupants. Une réelle réflexion reste à mener tout au long d’une opération : conception, fourniture de qualité, installation et exploitation. Source : centrale de traitement d’air (CTA) - Trane Notes personnelles 08v1 GC 2008

33 La qualité sanitaire de l’air, siège des maladies environnementales
Décès/an Tabagisme passif 5 800 Amiante 2 000 Monoxyde de carbone 300 Légionellose 120 Radon 1 200 à 2 900 Accidents domestiques 19 000 Asthme Qualité de l’air 5 000 Source : InVS 08v1 GC 2008

34 Le confort olfactif et la ventilation
X Notes personnelles 08v1 GC 2008

35 L’impact sanitaire de l’humidité
Outre les risques d’inconfort et de réduction de pérennité des bâtiments, les condensations superficielles dégradent les conditions sanitaires… Les condensations superficielles, visibles (exemple : buée sur un simple vitrage) ou invisibles (exemple : entre l’isolation intérieure et la structure porteuse) constituent des conditions favorables au développement des moisissures, champignons, bactéries et autres virus. Si les conditions de confort hygrothermique tolèrent une large plage de l’humidité relative (20 à 80 %), les exigences sanitaires conduisent à restreindre cette dernière de 40 à 60 %. Source iconographique : Université de l’état du Nord Dakota. Notes personnelles 08v1 GC 2008

36 La sensibilité énergétique de la ventilation
Détail de la croissance des déperditions par renouvellement d’air en fonction de la réduction des déperditions par les parois… Les déperditions créées par le réchauffage de l’air neuf sont liées aux exigences sanitaires et de conservation des bâtiments. Par conséquence, la réduction des déperditions par les parois provoque un impact relatif croissant de la ventilation. Un effort tout particulier doit porter sur ce poste qui représente dorénavant de 30 à 60 % des consommations énergétiques. Notes personnelles 08v1 GC 2008

37 Les conditions aérauliques pour le confort hygrothermique
Humidité Air trop sec Bien être Air trop humide 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % Vitesse mini : 0,05 m/s maxi hiver : 0,15 m/s maxi été : 0,25 m/s X Notes personnelles 08v1 GC 2008

38 L’air, autoroute du bruit
4 sources : Bruit aérien extérieur Bruit aérien intérieur Bruit de choc Bruit d’équipement Le bâtiment est le siège de 4 sources de bruits… On distingue les bruits : • aériens provenant de l’extérieur et de l’intérieur ; • solidiens provenant des chocs et des vibrations émises par les équipements. Crédit photo : Agence Qualité Construction. Notes personnelles 08v1 GC 2008

39 Les techniques de ventilation
Force Faiblesse Ventilation naturelle Pas de motorisation : gain énergétique et bruit Maîtrise difficile des débits Ventilation naturelle hygroréglable Meilleure maîtrise par indicateur H2O - Réno Débits toujours difficile à maîtriser Ventilation naturelle assistée et contrôlée (VNAC) Gain énergétique Etude et réalisation à soigner Ventilation mécanique répartie (VMR) Simplification de mise en œuvre - Réno Entretien plus difficile Ventilation mécanique contrôlée (VMC) simple flux Simple et économique Consommations liées à la motorisation - Bruit Ventilation mécanique contrôlée (VMC) simple flux hygroréglable Meilleure maîtrise par indicateur H2O Entretien plus exigeant Ventilation mécanique contrôlée (VMC) simple flux modulé Modulation apportée par d’autres indicateurs Choix adapté des indicateurs Ventilation mécanique contrôlée (VMC) double flux Maîtrise des débits - Amélioration confort, filtration, bruit, énergie Plus coûteux - Impact des gaines 08v1 GC 2008

40 Le + de la filtration ou de l’épuration
Dimension des particules en µm La filtration complète la ventilation en captant les impuretés contenues dans l’air… Selon le degré souhaité de la qualité de l’air ambiant, on associe des filtres à la ventilation. Ceux-ci sont choisis en fonction des impuretés à contrôler. A ce stade, soulignons que plus la filtration est fine, plus elle est coûteuse. Coûteuse à l’investissement, directement pour le filtre et indirectement par le dimensionnement de l’installation qui prend en charge les pertes de charge ; coûteuse également à l’exploitation par la fréquence de l’entretien qui en découle. A noter que 99,9 % du nombre de particules présentes dans l’air ambiant mesure moins de un micron. Enfin, soulignons que le filtre se charge d’impuretés de toute nature et qu’un mauvais entretien peut avoir des effets plus négatifs que la dilution sans filtration (développement bactérien…). Source iconographique filtre : Camfil. Notes personnelle 08v1 GC 2008

41 L’énergie au centre de tous les développements

42 L’inexorable fin des énergies fossiles
08v1 GC 2008

43 Les engagements Européens à l’horizon 2020
Conseil européen mars 2007 Réduction de 20 % des consommations énergétiques Réduction de 20 % des émissions de GES Contribution de 20 % des EnR 08v1 GC 2008

44 Les consommations résidentielles par usage (énergie finale)
Source ADEME 2002 08v1 GC 2008

45 Les consommations tertiaires par usage (énergie finale)
Source ADEME 2002 08v1 GC 2008

46 Les objectifs pour l’habitat (énergie primaire)
105 50 (public) 50 (tous) Conso [kWh*m-2] Logements neufs 2007 2010 2012 2020 2050 Logements existants 250 90 à 150 (social) 150 50 Flux annuel des surfaces neuves chauffées 20 à 30 [Mm2] - Parc = [Mm2] 08v1 GC 2008 Grenelle de l’environnement 2007

47 Les objectifs pour le tertiaire (énergie primaire)
180 50 Conso [kWh*m-2] Tertiaire neuf 2007 2010 2012 2020 2050 Tertiaire existant 270 Diag bât. publics Réno. Bât. publics 165 Flux annuel des surfaces neuves chauffées 15 à 20 [Mm2] - Parc 850 [Mm2] 08v1 GC 2008 Grenelle de l’environnement 2007

48 Les unités énergétiques
Energie primaire Transformation Energie finale Performance Energie utile Gaz (PCI) 1,54 1 0,65 Elec (Joule) 2,70 2,58 1,05 0,95 Elec (thermo) 0,74 0,285 3,5 L’énergie est le produit d’une puissance par le temps (E = P*t). La puissance s’exprime en watt [W]. L’unité de temps est la seconde [s]. L’unité énergétique est le Joule [J]. Très petite, on lui préfère le wattheure [Wh]. 1 [Wh] = [J]. La [tep] correspond à l’énergie dégagée par une tonne de pétrole (42 [GJ]). 08v1 GC 2008

49 Les émissions de CO2 [kg eq CO2*kWh-1] Bilan C Certivéa Charbon 0,343
Base sur énergie finale (source : Bilan Carbone Ademe 2007 et certification Certivéa) [kg eq CO2*kWh-1] Bilan C Certivéa Charbon 0,343 0,384 Fioul lourd 0,282 0,322 Fioul domestique 0,271 0,300 Gaz naturel 0,206 0,234 Bois (convention) - Electricité Moyenne 0,084 Chauffage 0,180 Eclairage 0,100 0,080 Climatisation 0,040 0,037 Autres 0,060 0,052 Réseau de chaleur Arrêté du Energies renouvelables (convention) Eolien : 0,005 Photovoltaïque : 0,050 Une quantification encore non consensuelle… L’évaluation des quantités de CO2 émises par les différentes énergies, est un débat qui fait rage entre méthodes et acteurs. De plus, dans un engagement international, ces valeurs devront être harmonisées. Pour éviter toute ambiguïté sur le sujet, on propose de retenir les données indiquées par la MIES dont c’est une de ses missions. Source données : Mission Interministérielle de l’Effet de Serre. Notes personnelles 08v1 GC 2008

50 La chronologie des actions
Caractériser avec précision les objectifs Eviter les consommations Rechercher les techniques les plus efficientes Evaluer les ressources locales > Approche systémique < 08v1 GC 2008

51 Exemple : le système climatique
08v1 GC 2008

52 Exemple : le système de l’ECS
08v1 GC 2008

53 Exemple : l’éclairage 08v1 GC 2008

54 Les EnR : encore une équation complexe !
Différencier politique énergétique nationale et construction Maîtriser puissance et énergie S’interroger sur le fonctionnement temporel : saisonnier : adéquation stockage : comment, quelle forme mutualisation : limite des systèmes 08v1 GC 2008

55 Les pistes de réflexion

56 Les développements à accentuer
L’approche systémique et ses corollaires : le management, L’adéquation des techniques. La veille technologique : l’accès aux données, l’analyse multicritère des offres. La compréhension des autres : la curiosité, la réflexion. 08v1 GC 2008